تعطي الذكاء الاصطناعى دفعة كبيرة في الكفاءة لأحد أكبر مرافق الانصهار النووي في العالم – ولكن ربما ليس بالطريقة التي تفكر بها.
في الأبحاث المنشورة اليوم في علوم، أبلغ العلماء في مختبر لورنس ليفرمور الوطني كيف تنبأ نموذج التعلم العميق الذي تم تطويره حديثًا بدقة بنتائج تجربة الانصهار 2022 في مرفق الاشتعال الوطني (NIF). يتفوق النموذج ، الذي عينه بنسبة 74 ٪ على الإشعال في تلك التجربة ، عن أساليب الحوسبة الفائقة التقليدية من خلال تغطية المزيد من المعلمات بدقة أكبر.
“ما نحن متحمسون له في هذا النموذج هو القدرة على اتخاذ خيارات بشكل صريح للتجارب المستقبلية التي تزيد من احتمال النجاح في كل مرة” ، مؤلف مشارك في الدراسة كيلي هومبيرد أخبر Gizmodo أثناء مكالمة فيديو. وأضاف Humbird ، الذي يقود مجموعة المحاكاة المعرفية في NIF في NIF ، بالنظر إلى مقدار الأراضي التي يجب أن نغطيها “، حتى أن منشأة كبيرة ومثبتة مثل NIF يمكنها فقط” القيام ببضع عشرين من محاولات الإشعال في السنة-حتى في الحقيقة الكثير ، بالنظر إلى مقدار الأراضي التي يتعين علينا تغطيتها “. برنامج اندماج الحبار بالقصور الذاتي.
حاليًا ، تعمل محطات الطاقة النووية على الانشطار النووي ، والتي تجسد الطاقة الناتجة عن تقسيم الذرات الثقيلة ، مثل اليورانيوم. يرغب الباحثون في النهاية في التحول نحو الانصهار النووي ، وهي عملية تجمع بين ذرات الهيدروجين الخفيفة لتصدر كميات هائلة من الطاقة. ينتج Fusion المزيد من الطاقة ولا يخلق منتجات ثانوية ضارة ، وبالتالي فإن وجود اندماج كمصدر موثوق للطاقة من شأنه أن يستفيد بشكل كبير من انتقال مجتمعنا إلى الطاقة المستدامة. على الرغم من أن المجال حقق بعض التقدم الواعد ، الإجماع هو أننا ما زلنا بعيدا عن تنفيذ الانصهار النووي على نطاق تجاري.
تجارب الانصهار NIF هي مدفوعة بالليزر. أولاً ، تسخن الليزر أسطوانة ذهبية تسمى Hohlraum ، والتي تنبعث منها تدفق الأشعة السينية القوية. تضغط درجات الحرارة المتطرفة على حبيبات الوقود التي تحتوي على الديوتيريوم والتريتيوم ، وهما نظائر الهيدروجين المستخدمة في تجارب الانصهار. في السيناريو المثالي ، يؤدي هذا إلى ظهور ردود فعل دموية ديوتيريوم تريتيوم لإنتاج طاقة أكثر مما تستهلكه الليزر.
وقال هومبيرد إن عمليات المحاكاة الحاسوبية لا يمكن أن تتنبأ بشكل موثوق بجميع الفيزياء في هذه العملية. هذا جزئيًا لأن الرموز غالباً ما يتم تبسيطها بحيث تكون “قابلة للمعارضة حسابيًا” ، لكن المحاكاة نفسها يمكنها أيضًا تقديم بعض الأخطاء. وأضافت أن حتى لو كنت قد اتخذت جميع أنواع الاحتياطات ، فإن الأمر لا يزال يستغرق أيامًا حتى تنتهي أجهزة الكمبيوتر عبر الرمز.
وقال هومبيرد إن تحقيق الاندماج النووي يشبه توسيع نطاق جبل طويل القامة. تشبه عمليات محاكاة الكمبيوتر خريطة “غير كاملة” التي من المفترض أن تعلّم الباحثين كيفية الوصول إلى الذروة – لكن هذه الخريطة يمكن أن تكون معجزة بالأخطاء التي قد تكون أو لا تكون نتاج تصميم الأبحاث. وفي الوقت نفسه ، فإن الساعة متوقفة ، ويتعين على الباحثين أن يقرروا بسرعة ما إذا كانوا سيتخذون الارتفاع في ذلك اليوم والأدوات التي سيستخدمونها. وبالطبع ، كل “ارتفاع” ، أو محاولة الإشعال ، يحرق حفرة ضخمة في الميزانية.
وهكذا ، شرع فريق Humbird في البحث عن رسم الخرائط ، وتجميعًا معًا “بيانات NIF التي تم جمعها مسبقًا ، ومحاكاة الفيزياء عالية الدقة ، ومعرفة خبراء الموضوع” لبناء مجموعة بيانات شاملة. بعد ذلك ، قاموا بتحميل البيانات إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحديثة ، والتي أجرت تحليلًا إحصائيًا يدوم أكثر من 30 مليون ساعة وحدة المعالجة المركزية.
“ما توصلنا إليه أساسًا هو توزيع الأشياء التي تخطئ (في) NIF” ، أوضح هومبير. “كل الطرق المختلفة التي لاحظنا فيها الانهيارات. في بعض الأحيان لا يطلق الليزر كيف طلبت ذلك. في بعض الأحيان يكون هدفك لديه عيوب يمكن أن تسبب الأشياء بشكل جيد.”
يسمح النموذج للباحثين بتحديد فعالية تصميمهم التجريبي بشكل استباقي ، مما يوفر لهم وقتًا وأموالًا كبيرة. استخدم Humbird النموذج لتقييم تصميمه الخاص من تجربة 2022 ، والتي وصفت بدقة نتائج التشغيل المحدد مقدمًا. على وجه الخصوص ، كان هومبيرد سعداء برؤية أن التعديلات اللاحقة لفيزياء النموذج زادت من دقة تنبؤاته من 50 إلى 70 ٪.
بالنسبة إلى Humbird ، فإن قوة النموذج الجديد هي أنها تقبل وتكرار عيوب العالم الحقيقي – سواء كان ذلك عيبًا في الأداة أو تصميم البحث أو مجرد خدعة سخيفة من الطبيعة. في الوقت نفسه ، من التذكير أنه على الرغم من أن التقدم السريع مثير ، فإن الأمور غالبًا ما تستغرق الكثير من الوقت وستؤدي إلى فشل تام.
وقال هومبيرد: “لقد كان الناس يعملون على Fusion منذ عقود … لا ينبغي لنا أن نتعرض للضغط على الأوقات التي لا تنجح فيها الأشياء”. “إن حقيقة أننا في بعض الأحيان نحصل على 1 ميجاجو من العائد بدلاً من اثنين لا ينبغي أن تزعجنا ، لأنه منذ وقت ليس ببعيد ، لم نحصل على 10 كيلو جول فقط. إنها خطوة كبيرة للأمام للبحث ، ونأمل أن تكون خطوة كبيرة إلى الأمام للطاقة النظيفة في المستقبل.”